頭蓋骨までの細い臍ケーブルが解決策となる傾向があります。
脳は頭蓋骨内に固定されていますが、頭蓋腔内の液体（脳脊髄液、「CSF」）の中で「浮いている」ため、これらのケーブルは非常に柔軟である必要があります。
隙間は数ミリメートルであり、脳と頭蓋骨の間の相対的な動きを可能にしながら、ケーブルはこの隙間を横切る必要があります。
このギャップをワイヤレスで越えることができれば、どれほど良いか、研究者たちはそうしようとしているのです。
国際ソリッドステート回路会議ISSCCで発表
今週はこの方向への一歩であり、研究所Imecは超音波を使用してCSFを介して神経インプラントに電力を照射している。
なぜ超音波？
この環境では電磁波よりも効率的に電力を伝達するためです。
ここでは出力が非常に重要であるため (後述)、Imec はインプラント設置時の脳の動きや手術の気まぐれな動きに対応するために、広範囲に超音波を送信するのではなく、この短距離でもビームステアリングを使用します。
この ISSCC 論文で報告されたこの研究は、この用途向けに超音波ビームステアリングが提案されたのは初めてではありませんが、研究チームは圧電トランスデューサアレイを駆動する電力を以前に何度も再利用することで電力効率を次のレベルに引き上げました。熱として放散されます。いわゆる「断熱」運転です。
アレイ上には 16 個の圧電素子が一列に並んでおり (16 次元で操作します)、ビームを形成するには、これらの素子をパターンでアクティブにする必要があります。圧電トランスデューサーは本質的にコンデンサであるため、これは、正確に制御されたタイミングで XNUMX 個の静電容量を充電および放電することを意味します。
動作中はいつでも、一部のトランスデューサに電荷を追加する必要があり、他のトランスデューサからは電荷を引き出す必要があります。
ここでのコツは、現時点では、同じ充電状態である必要があるが、現在はその充電状態から等しく離れているが、逆方向にあるトランスデューサのペアを識別することです。これらが短時間短絡すると、電源レールからエネルギーを引き出すことなく、両方とも正しい充電状態に達します。
Imec の開発の一環として、これらのペアが非常に頻繁に発生するビーム形成アルゴリズムを作成して、エネルギーの節約を最大限に高めるとともに、一部の断熱方式で必要となる外部コンデンサも不要にすることができました。これはスペースが非常に重要です。
Imec氏によると、これは可能な75つの電荷レベルのみを使用する量子化スキームであり、理論的にはエネルギーの最大8%をリサイクルすることが可能であり、その研究者らはまた、トランスデューサーが短波長領域全体で適切に焦点を合わせるために、116MHzの超音波周波数とXNUMXμmピッチを選択したと述べた。動作距離。
さらにエネルギーを節約するために、ドライバー自体も同様の形式のチャージシェアリングを使用します。
積み重ねない場合、IC とトランスデューサ アレイは合わせて 8 x 5.3 mm を占めます。
なぜ電力とサイズを節約する必要があるのでしょうか?
この超音波リンクは、より大きなスキームの一部となることを目的としており、超音波パワートランスミッターと関連するすべての電子機器が、頭蓋骨の厚さの中にある約 6 mm の穴に取り付けられています。外界との通信は、第 XNUMX の（非超音波を介して）行われます。 ) 頭皮を介したワイヤレスリンク。
骨の小さな穴は小型化の必要性を説明していますが、局所組織の加熱を 1°C 未満に保つ必要があるため、厳しい出力制限が設けられています。
Imec オランダは、Imec ベルギーおよびデルフト大学と協力しました。 テクノロジー.
ISSCC 2024 論文 6.2: 「69% の出力を達成するグローバル電荷再分配断熱ドライブを備えた超音波出力 Tx」
埋め込み型アプリケーション向けのビームステアリング角度の低減と 53° の最大ビームステアリング角度。
ISSCC
サンフランシスコで毎年開催される国際ソリッドステート回路会議は、最先端の IC を対象とした回路の進歩に関する世界のショーウィンドウです。